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Evolução e Futuro do Aço Automotivo: Do Ofício Antigo à Engenharia Moderna
Time : 2025-06-27
Introdução: A Importância do Aço Automotivo
Utilizar aço para fabricar carros é um senso comum para as pessoas modernas. No entanto, muitos conhecimentos sobre o aço automotivo ainda se limitam aos aços de baixo carbono. Embora ambos sejam aço, o aço automotivo atual é muito muito superior ao utilizado há algumas décadas. Nos últimos anos, as pesquisas sobre o aço automotivo tiveram grandes avanços. Atualmente, as chapas de aço são cada vez mais finas e mais finas , e a resistência e a capacidade de resistir à corrosão do aço melhoraram bastante melhorado . Diante balcão do impacto dos novos materiais, muitas empresas siderúrgicas estão trabalhando ativamente em parceria com veículo empresas para desenvolver aço leve e de alta resistência que pODE competir com liga de alumínio, plástico e compósitos reforçados com fibra de carbono.
Planta de fundição de ferro e aço
1. O Termo Indefinido: "Aço de Alta Resistência"
No mercado automotivo moderno, muitas marcas afirmam utilizar "aço de alta resistência", mas este termo não possui um padrão industrial unificado. À medida que a tecnologia do aço avança, também aumentam os limites de resistência associados a essa denominação. A situação é semelhante àquela em que modelos de carros são comercializados como versões "Novo", "Totalmente Novo" ou "Próxima Geração". Departamentos de marketing frequentemente classificam aço acima de 300 MPa como "de alta resistência", mesmo que diferentes tipos de aço sob esse rótulo possam variar em resistência em até 100%.
Para esclarecer o tema do aço automotivo, devemos primeiro compreender seu desenvolvimento histórico.
Desenvolvimento do aço na China
Do Bronze ao Ferro: A Inovação Chinesa
O aço tem uma longa história que remonta aos períodos da Primavera e Outono e dos Estados em Guerra na China (aproximadamente 770–210 a.C.). Naquela época, o bronze era o metal dominante, mas era muito frágil para ferramentas ou armas duráveis. Engenheiros chineses antigos começaram a utilizar o processo de forno de cuba para produzir ferro macio em forma de blocos. Embora as ferramentas de ferro tivessem vantagens limitadas em comparação com o bronze, elas lançaram as bases para avanços posteriores na metalurgia.
Avanços durante a Dinastia Han
Durante a Dinastia Han (202 a.C.–220 d.C.), fornos aprimorados com foles aumentaram as temperaturas de fusão, e foi desenvolvida a tecnologia de cementação para controlar a dureza. O "processo de mistura fundida" permitiu aos metalúrgicos agitar o ferro fundido em conversores e adicionar elementos de liga. Juntamente com técnicas de dobragem e forjamento para remover impurezas, esses métodos criaram ferro de alta qualidade, utilizado principalmente em armas. Túmulos Han frequentemente contêm tais armas, indicando uso generalizado.
Domínio durante a Dinastia Tang
Já na Dinastia Tang (618–907 d.C.), ferreiros conseguiam controlar o teor de carbono nos produtos de ferro, produzindo aços com 0,5–0,6% de carbono — a definição moderna de aço. Técnicas como o revestimento de lâminas foram desenvolvidas para otimizar a dureza e a tenacidade.
ferro com cabo de jade
As armas de ferro na imagem são espadas de ferro com cabo de jade da antiga China. Isso demonstra que a tecnologia de fundição era avançada na época. As armas de ferro eram amplamente utilizadas. Havia também diferentes tipos, como facas de ferro, ji, lanças e flechas. O ferro substituiu completamente o bronze, e a humanidade entrou na Idade do Ferro.
facas de aço usadas na Dinastia Tang y
Durante a Dinastia Tang na China, as técnicas de fundição e forjamento não mudaram óbvio mente. No entanto, por meio da experiência acumulada, os ferreiros conseguiram controlar o teor de carbono nos produtos de ferro. O teor de carbono das facas representativas da Dinastia Tang foi aproximadamente entre 0,5% e 0,6%, o que está dentro da faixa do aço.
Na siderurgia atual, o controle do teor de carbono ainda é fundamental. Ajustá-lo com base na aplicação pretendida permite regular a tenacidade e a dureza do aço. Para fabricar lâminas com ambas as propriedades, os antigos inventaram técnicas como revestimento e sanduíche de aço. No entanto, essas estão além do escopo deste artigo.
(A primeira Revolução Industrial )
A primeira Revolução Industrial
A primeira Revolução Industrial colocar a produção de ferro rumo à industrialização. O primeiro grande aumento na demanda humana por aço ocorreu durante a Revolução Industrial. A invenção da máquina a vapor libertou a humanidade do trabalho manual pesado e da produção baseada em tração animal pela primeira vez, e as máquinas movidas a combustível elevaram a produtividade humana a um nível muito mais alto.
Moinhos têxteis britânicos dependiam de motores a vapor e teares feitos de aço
(locomotiva a vapor )
As locomotivas a vapor também eram grandes consumidoras de aço, assim como os trilhos ferroviários associados. Em britânico moinhos têxteis, grupos de mulheres operando foi substituído por máquinas de aço ruidosas. Em todo o continente europeu, trilhos de ferro foram instalados. Locomotivas a vapor começaram a substituir o carros puxados por cavalos como principal meio de transporte ferramentas. Desde então, os seres humanos não conseguem viver sem aço, e a demanda tem aumentado dia após dia.
(A primeira linha de montagem da Ford Motor durante a Segunda Revolução Industrial)
A Segunda Revolução Industrial associou automóveis ao aço material .
(Xiaomi 'sUV recém-lançado: YU7)
Agora, alguns carros de alto desempenho ainda são fabricados por aço. Durante a Segunda Revolução Industrial, quando os automóveis surgiram, a indústria siderúrgica avançou para um novo nível. Desde então, esses dois setores têm estado intimamente ligados. Mesmo que os carros modernos já não se pareçam com o "Mercedes-Benz N.º 1", o aço ainda é amplamente utilizado em sua produção, incluindo em alguns supercarros.
Classes de resistência do aço automotivo
Como o Aço de Alta Resistência é Realmente Utilizado nos Corpos de Carros Modernos
Nos veículos modernos, o carroceria é construída mediante soldadura de chapas de aço com diferentes resistências . Os engenheiros selecionam o grau adequado de aço com base nos níveis de tensão que cada parte da estrutura deverá suportar. Em áreas de alta tensão — onde não é viável utilizar aço mais espesso — é aplicado aço de ultra-alta resistência . Como diz o ditado, "Utilize o melhor aço exatamente onde for mais necessário."
Tabelas de Resistência do Chassi: O que é Mostrado e o que não é
Embora muitos fabricantes de automóveis afirmem utilizar aço de alta resistência aço de alta resistência diagramas da estrutura do chassi do veículo , mas a maioria desses gráficos destaca apenas as áreas gerais onde o aço mais forte é aplicado, sem especificar valores exatos de resistência à tração . Marcas bem conhecidas com capacidades sólidas de P&D costumam ser ainda mais reservadas ao compartilhar esses dados técnicos.
Compreendendo a Terminologia
No Japão e na Coreia do Sul, o aço de alta resistência é comumente referido como "aço de alta tensão. " A resistência do aço é normalmente medida em MPa (megapascals) . Para dar uma ideia da escala: 1 MPa equivale à força de 10 quilogramas (aproximadamente o peso de duas melancias) aplicada sobre uma área superficial de apenas 1 centímetro quadrado, sem causar deformação no material.
Aplicação Estratégica, Não Cobertura Total
Ao analisar diagramas da estrutura do veículo, é evidente que aço de ultra-alta resistência (por exemplo, 1000 MPa ou mais) é utilizada apenas em componentes específicos — como vigas anti-colisão e zonas críticas de reforço . A maior parte da carroceria ainda é fabricada com aço de baixa ou média resistência , que é mais fácil de moldar e mais econômico. Esse uso seletivo baseia-se tanto nas necessidades funcionais quanto nas limitações de fabricação .
Não Se Deixe Enganar por Slogans de Marketing
Quando você encontrar expressões como "A carroceria do nosso veículo utiliza aço de alta resistência da classe 1000 MPa," é importante interpretá-los com precisão. Isso não significa que todo o corpo seja feito a partir de tais materiais avançados. Na maioria dos casos, apenas partes localizadas — como as vigas de impacto das portas — podem atingir esse nível de resistência. O restante da estrutura do corpo geralmente utiliza uma mistura de materiais projetada para equilibrar segurança, custo e capacidade de fabricação.
3, novos materiais de aço adequados para estampagem
A estampagem é o método principal para fabricação do corpo.
Peças do corpo que permanecem no molde após a formação por estampagem
O aumento da resistência do material traz consigo o problema de dificuldade na sua usinagem. A maioria dos automóveis é fabricada por meio de estampagem, ou seja, utilizando matrizes para extrudar o material e dar forma — algo semelhante a modelar massinha plástica. Atualmente, com o aumento da resistência das chapas de aço automotivo, os requisitos para o processo de estampagem tornam-se mais exigentes. Além disso, há muitos componentes com profundidade elevada, o que torna o material mais propenso a rachaduras e vincos. Por exemplo, as regiões dos cantos são as mais propensas a "pontos cegos" durante a estampagem, locais onde normalmente ocorrem rasgos e vincos. Isso também indica que, ao estampar chapas de aço, problemas como alongamento e atrito com a matriz sempre estão presentes. Esses fatores causarão defeitos nas peças estampadas devido a tensões internas ou danos superficiais.
(aço estrutural para carroceria automotiva)
Distribuição de Afinamento das Chapas
Para evitar as situações acima, os fabricantes precisam estudar a deformação das chapas de aço durante a estampagem para evitar rasgos. No entanto, existe sempre uma contradição: quanto maior a resistência da chapa de aço .O painel lateral é a maior peça estampada de todo o veículo e também é o componente mais difícil de conformar. Portanto, os fabricantes estudam a tensão interna da chapa de aço durante a estampagem para eliminar, o máximo possível, as tensões internas acumuladas. Ao mesmo tempo, estudar a espessura de peças estampadas de grande área pode revelar quais partes da chapa de aço estão severamente alongadas e qual profundidade de estampagem pode garantir que a chapa não rasgue.
O aço de novo tipo pode resolver o problema de conformação por estampagem e processamento difícil causado pela alta resistência do material. Para resolver fundamentalmente o problema de estampagem do aço de alta resistência, um aço de novo tipo está sendo aplicado na produção de carrocerias automotivas. A matriz desse aço é ferrítica, com boa maleabilidade e tenacidade, na qual está embutida martensita com boa dureza. É mais fácil de conformar durante a estampagem, e o material conformado apresenta resistência considerável.
(Peças de chapa metálica do pilar A automotivo )
Alguns componentes estruturais de alta resistência submetidos a tratamento térmico
Para posições como o pilar B que necessitam especialmente de reforço, alguns fabricantes utilizam um processo de tratamento térmico. O pilar B conformado passa por aquecimento e têmpera para tornar a estrutura cristalina interna do aço mais perfeita. Isso é semelhante ao processo de moldagem com argila e depois aquecimento para solidificação na fabricação de porcelana. Geralmente, essas peças submetidas a tratamento térmico costumam apresentar coloração preta.
3.Resistência à Corrosão dos Aços Automotivos
(Bobinas de aço para fabricação automotiva )
Automóveis são fabricados utilizando aços de baixa liga.
Atualmente, o aço automotivo pertence à categoria dos aços de baixa liga, que é um ramo do aço. A maior parte deste aço é composta por elementos de ferro, com apenas uma pequena quantidade de elementos de liga, como carbono, silício, fósforo, cobre, manganês, cromo, níquel, etc. O teor destes elementos de liga não excede 2,5%.
Aços de baixa liga apresentam excelente desempenho e resistência à processagem, além de possuírem boa resistência à corrosão. O aço comum ao carbono forma uma camada de óxido avermelhado-acastanhado em ambientes naturais, sendo muito solta e popularmente conhecida como ferrugem. Em contrapartida, os aços de baixa liga geram uma camada de óxido castanho-escura, densa e fortemente aderida à superfície do aço, atuando como uma barreira que impede a erosão interna do aço causada pelo ambiente externo. Esse mecanismo anticorrosivo é semelhante ao das ligas de alumínio e zinco, exceto pelo fato de que os aços de baixa liga levam vários anos para desenvolver uma camada protetora estável de ferrugem, cuja coloração varia de amarelo-claro até marrom, enquanto as ligas de alumínio formam quase instantaneamente uma camada protetora de ferrugem.
O aço patinável é frequentemente utilizado exposto nas fachadas de edifícios
O aço resistentes às intempéries desenvolve um efeito artístico especial após formar uma camada de ferrugem, tornando-se assim um material de construção altamente valorizado por designers modernos.
Devido a essa característica, o aço de baixa liga também é conhecido como aço resistente às intempéries (aço resistente à corrosão atmosférica). O aço resistente às intempéries é normalmente utilizado na fabricação de veículos, navios, pontes, contêineres etc., com suas superfícies geralmente pintadas. No entanto, em decoração arquitetônica, há preferência pelo uso do aço resistente às intempéries exposto, pois ele não sofre perfuração por ferrugem quando deixado descoberto. Além disso, a camada de ferrugem marrom que forma cria um efeito artístico único, fazendo dos painéis soldados de aço resistente às intempéries uma escolha comum para as fachadas de edifícios especiais.
Devido à melhoria nas propriedades do aço, os fabricantes de automóveis estão se tornando cada vez mais negligentes nos tratamentos anti-ferrugem.
Quanto aos automóveis, muitos fabricantes agora utilizam menos revestimento de borracha no chassi, comumente conhecido como "armadura do chassi" em termos leigos. O chassi de muitos carros novos expõe diretamente as chapas de aço, que possuem apenas o primer original de fábrica e pintura na cor correspondente à carroceria. Isso indica que esses veículos passam apenas pelos processos de imersão (electrophoretic priming) e pintura colorida durante a produção. Apenas a área atrás das rodas dianteiras possui uma fina camada de revestimento de borracha macia, que impede que pedras arremessadas pelas rodas atinjam o aço do chassi. Essas mudanças parecem refletir a confiança dos fabricantes na resistência à corrosão de seus produtos.
(Armadura do Chassi )
Placa de proteção do chassi Xiaomi SU7
Empresas sofisticadas instalam placas plásticas de proteção do chassi.
Sob as placas de proteção, ainda há chapas de aço que passaram apenas por um tratamento simples. Alguns fabricantes exigentes instalam placas plásticas de proteção no chassi. Essas placas não apenas isolam o aço do chassi do impacto de cascalho, mas também organizam o fluxo de ar sob o chassi. Sob essas placas plásticas de proteção, o aço do chassi possui apenas uma camada de primer.
O aço automotivo não é utilizado aleatoriamente. As decisões dos empresários de reduzir custos frequentemente acabam sacrificando grandes benefícios em troca de pequenas economias, e os técnicos não podem contrariar os chefes.
Há exceções para tudo, e as exceções costumam surgir na China. Há alguns anos, uma marca nacional recém-criada utilizou aço de baixo carbono na fabricação de veículos, resultando em corrosão completa do chassi em dois anos — e casos assim voltaram a aparecer recentemente. Às vezes, decisões tomadas impulsivamente pelos líderes são realmente alarmantes. Quando empresários interferem em discussões técnicas, os resultados são sempre imprevisíveis.
O Futuro dos Aços Automotivos
Atualmente, a espessura das chapas de aço automotivo foi reduzida para 0,6 mm, o que acredito ter atingido o limite de espessura do aço. Se a chapa for mais fina, mesmo com alta resistência, perderá a estabilidade estrutural inerente ao material. As chapas de aço automotivo estão enfrentando desafios crescentes por parte de novos materiais. O peso atômico do ferro determina que sua densidade não possa ser alterada, e o caminho da redução de peso por meio do afinamento parece ter chegado a um beco sem saída. As ligas de alumínio estão agora sendo gradualmente amplamente utilizadas em veículos de luxo. SUVs totalmente em alumínio, bem como as séries 5 e A6 utilizando alumínio nas estruturas frontais, indicam todos essa tendência.